膜分離法對廢水中易結垢物質的處理效果分析

＊張 堅

（中山市保美環境科技開發有限公司 廣東 528400）

廢水中含有大量的有害物質，容易對自然環境產生持續性的破壞，對廢水的處理不僅可以保護環境，同時也能夠降低生產成本。對廢水進行處理，首要目的是清理廢水中的各類成分和物質，包括化學物、各種殘渣、有機物等，經過處理后的廢水需要達到國家相關環境標準的要求。而對廢水采取物理方法進行處理，將大分子物質進行篩除，有助于完成廢水的深度處理。在工業生產高度發達的今天，膜分離法的出現對于調節工業生產與環境之間的矛盾具有重要意義。

1.膜分離法的基本原理

（1）膜分離法的特點。膜分離法主要是利用膜對廢水進行處理，將廢水中的一些物質選擇性地與溶液隔離開，如離子、分子和微粒等，最終實現對廢水的凈化。膜分離法之所以被普遍使用，是因為：膜分離法在使用時，是根據廢水中各類物質的物理性質來進行篩選的，在整個過程中不會產生新的物質反應，需要的輔助性工序和資源相對較少，是一種節能型技術。膜分離技術能夠在常溫下進行，對于廢水的處理一般不需要采取深度預處理手段，尤其是能夠準確地對廢水中的熱敏性物質進行清理，因此該技術能夠廣泛運用于廢水中的有機物、無機物、微生物的分離，對于特殊物質或者指定物質，只需要選擇對應的膜材料即可。此外，膜分離技術核心在于膜的使用，只要選擇好了對應的材料，僅需要對應位置加裝膜即可，操作簡單，且適用的范圍更廣、效率更高。

（2）膜分離法的類型。膜分離法的常見類型包含：①超濾，在壓差的作用下完成篩孔分離，一般膜孔的直徑規格為20-1000A°，施加壓強在0.1-0.5MPa，屬于多孔物理攔截模式。常見有單段間歇操作、單段連續操作、多段連續操作三種，實踐表明超濾技術對于微粒、細菌、有機質等有良好的處理效果，但無法對無機離子進行篩留，被廣泛使用于工業廢水、醫藥廢水等處理中。②納濾技術成型較晚，膜孔徑在數納米之間，是鑒于反滲透和超濾技術之間的壓力型膜分離技術，納濾膜自帶電荷，除了能截留納米級的物質之外，對于較小的帶電無機離子也有明顯的作用。③反滲透（逆滲透），同樣以壓力為推動，反滲透不需要使用吸附劑和沉淀劑等，僅依靠壓力和滲透膜即可完成物質與滲透液的分離，過程簡單。目前反滲透技術在重金屬廢水、工業廢水、化工廢水等處理中使用較多。④微濾相較于一般膜分離技術更加精密，可以有效截留廢水中的淤泥、砂礫、細菌等成分，解決了生物性易結垢物質過多的情況，可用于前期廢水分離處理，主要分為死端和錯流兩種形式，死端采用一次性濾芯，用于小流量的廢水處理，而錯流則用于大規模廢水處理，但需要周期性清潔或更換組件。

2.膜分離法對廢水中易結垢物質的處理效果

(1)易結垢物質處理實驗

膜分離法對廢水中易結垢物質的處理，在不同性質的廢水中處理工藝略有不同，主要包含：膜性質差異。所用膜的材質、結構、孔徑等因易結垢物質的物理性質差異而適用不同材料，需要綜合考慮膜的穩定性、過濾效率、抗污能力等。操作參數差異。操作時整個流程中濾液所受的壓力、膜面流速、溫度、分離操作時長等也會因為分離的目標易結垢物質不同而進行調整。其它差異。包括料液pH值、料液的預處理環節等也不盡相同。但在整體上，使用膜分離法對廢水中易結垢物質的處理大致原理和流程基本一致。基于此，本文在實驗中選擇一種呈酸性的廢水作為對象，大致實驗內容如下：

①基本分析。使用電極儀、電子滴定儀、離子色譜儀、能譜分析儀、濁度儀及一系列實驗室常用儀器對廢水進行檢測，并建立廢水中元素及化合物含量表，確定廢水中含有Fe3+、K+、Ca2+、Si4+、SO42-等離子，結垢物質中以CaSO4·2H2O、K2SiF6為主，即選擇K2SiF6作為主要處理對象。

②采用平衡法和動態法，對K2SiF6在預制溶液中的溶解度和平衡時間進行確認，得出最佳攪拌時間為12h，即持續攪拌12h后，混合液達到平衡狀態。以此為基礎，使用氯化鈣作為預處理成分。

使用氯化鈣處理時，反應原理如式組（1）所示：

本法進行預處理，充分顯示出沉淀與pH值平衡作用，氯化鈣溶水性強，在反應空間和條件充分的情況下可以有效去除廢水中K2SiF6的根離子和氟離子，考慮反應條件的客觀限制，在投入氯化鈣時適當增加用量，確定最佳反應時間為6h，確定氯化鈣投入量為32.87-33.35g/L。

③實驗室條件限制，選擇使用最為常用且效果明顯的超濾和反滲透組合工藝，因為如果直接使用反滲膜對預處理后的廢水溶液進行處理，可能參與在溶液中的大量固體顆粒或其他物質會對反滲膜產生嚴重污染從而降低實驗效果，因此需要在反滲膜處理之前經超濾膜進行過濾。

廢水中易結垢物質K2SiF6的處理效果，即去除率D（%）和膜通量R（L·m-2·h-1）計算公式為：

其中：Cx為主溶液的濃度（mg/L）；Cy為滲透液的濃度（mg/L）。

其中：W為滲水量（mL/s）；A為膜的作用面積（m2）；T為滲透時長（h）。

④經計算并記錄，處理后的廢水中K2SiF6分解率達99%，相關離子含量如表1所示。

表1 處理廢水中易結垢物質實驗效果比對

根據處理過程分析得知：A.超濾膜流通量在界值以內，壓力越高則流通量越高，基礎界值為0.38-0.41MPa；流速越接近界值9L·min-1則超濾膜流通量越大；超濾膜去除廢水中懸浮物、混濁物的效果與溫度相關，溫度越高則處理效果越佳；階段性處理廢水后，經清潔處理回收使用率可高達92%。B.反滲透膜通量隨著操作壓力的升高而升高，同時，反滲透膜的脫鹽率也隨壓力的升高而增大；膜面流速對反滲透膜通量物明顯影響；反滲透膜通量隨溫度的升高而升高，脫鹽率隨溫度的升高而降低。

(2)實踐案例

某電器公司將原3個廠整體搬遷，并對現有生產規模、生產設備等相關內容進行擴建。搬遷擴建后，建設項目設有五金件清洗線和氧化線5條，其所產生的清洗廢水收集一起處理，按照環評要求60%中水回用至生產線。原水特征如表2所示。

表2 某電器公司原水特征

處理后水中易結垢物的特性測定，主要采用平衡法和動態法完成。①平衡法。向溶劑中加入過量溶質，在一定溫度下攪拌至飽和狀態，恒溫條件下對上清液中溶質含量進行分析，所得數據即為該溶質在溶劑中的溶解度。平衡法操作簡單，準確度較高，但效率低，耗時長，在高溫、高壓條件下不適宜采用。本文采用等溫溶解平衡法測量氟硅酸鉀在模擬混酸溶液中的溶解度。②在一定壓力下，固定溶質和溶劑的量，改變溫度，溶質剛好全部溶解的溫度點則為該溫度下的溶解度；在固定溫度和壓力下，少量多次向溶劑中加入溶質，長時間攪拌使溶質溶解，根據溶質的加入量確定該溫度下溶質溶解度。經處理后水質檢測情況如表3所示。

表3 經膜分法系統處理后水質情況表

經檢測顯示，水質中各類物質含量達到預期控制目標，并且易結垢物質的溶解性受到顯著控制。

3.總結

通過長期的實踐和實驗得出結論，膜分離法對于廢水的的處理具有明顯效果，并且在整個處理過程中實現了對成本的控制，提高了處理的效率。但是由于膜分離技術是物理性技術，因此在大量污水處理過程中容易受到設備、材料、技術水平等因素的影響，由此想要保障膜分離法在污水處理中的功效，就必須要加強日常管理和維護，同時不斷總結和研究新的方式方法。